当前课程知识点:声纳技术 > 第六章 声纳测速技术 > 6.3 又见脉冲——脉冲测速法 > 6.3.1 学习视频
本知识点讲解了两种测速方法:回波脉冲比较法和记录仪法,并分析了其优缺点。
大家好
本次课我们学习脉冲测速法
在位变率法测速中
我们说径向速度是距离的变化率
可以通过两次测距
来实现径向速度的测量
由于仅讨论径向速度
不用跟切向速度进行区分
所以我们这里直接用V
来表示径向速度
对于主动声纳而言
测距的方法可以有很多种
脉冲测距就是比较直接的一种
在导语中我们也提到过
可以通过两次脉冲测距的方法
来进行目标测速
如图所示
在间隔T时间内分别发射两个脉冲
第一个脉冲的回波对应距离R1
第二个脉冲的回波对应距离R2
从而可以得到目标的径向速度
在实际应用中
采用的是这种测速法的两种变形方法
回波脉冲比较法和记录仪法
本次课我们就重点学习这两种测速方法
首先来学习回波脉冲比较法
其原理如图所示
接收机把接收到的脉冲信号分成两路
一路通过延迟
加到相减设备上
另一路直接输到相减设备
延迟的时间正好为发射脉冲的重复周期T
减法器把这两路信号相减输出
我们来看一下它的波形图
首先发射两个时间间隔
为T的脉冲信号
表示先后发射的两个脉冲
经过一段时间后的接收回波如图
其相对于发射脉冲的延迟分别为τ1 τ2
当目标与本舰无相对径向运动时
τ1=τ2=2 R/c
把第一个脉冲回波延迟一个周期后
刚好和第二个脉冲回波同时出现
相减结果显然为0
当目标与本舰有相对径向运动时
假设其相向而行
此时τ1必然不再等于τ2
延迟后相减不再为0
可以看出
相对运动的速度越大
相减后输出的脉冲越宽
将该输出信号加到指示器上
便可以通过测量脉宽来测得目标的速度
第一回波和第二回波分别对应
的目标距离为R1=1/2 cτ1
和R2=1/2 cτ2
因此可以得到目标径向运动速度vr
其中τ2-τ1
即为延迟相减后的脉冲宽度
注意
这里得到的是目标径向速度的大小
没有正负之分
那么
这里有一个需要注意的问题就是
目标的速度是否能够无限高呢
答案是不可以
如图所示
当第二个回波脉冲与第一个回波脉冲
延迟后的脉冲无重叠时
相减输出的脉冲宽度永远是一样宽的
都等于脉冲本身的宽度
无法测速
左图正好为临界状况
因此
为了保证相减器输入脉冲有重叠
必须满足|τ2-τ1 |≤τ0
τ0为发射脉冲的宽度
带入脉冲测速公式
得到该式
其中vrmax为允许测量的最大速度
由该式可以看出
为了保证正常工作
我们需要增大脉宽τ0
或者是减小脉冲的重复周期T
也就是提高重复频率
接下来学习记录仪法
有些主动声纳上有记录仪
它能把目标距离记录在记录纸上
如图所示
记录仪笔尖的起始位置正好在记录仪的左边
发射一个脉冲后就开始向右移动
接收到回波时笔尖就在记录纸上
记下一个痕迹
从起始点到这个记号所走的时间
就对应声波来回所需要的时间t
笔尖的移动速度为vp
可以看出t=l/vp =2R/c
其中R为目标距离
c为声速
根据这个比例关系
就可以直接从记录仪上读出目标距离
另外
记录仪除了笔尖是移动的外
记录纸也是移动的
它以速度vg缓慢的向下移动
使每发射一次脉冲记录一条线
或者说一个痕迹
每两条线之间的时间间隔
正好是发射脉冲的重复周期T
每两个记录线就对应两个目标距离
就可以求出一个目标径向速度
因此
可以说记录仪法实际上
就是脉冲测速法的一种实现方式
当目标与声纳的相对距离不变时
可得
l=(2vp)/c R
为常数
当目标与声纳间的相对距离
随时间变化时
即R=R(t)
则l也变成lt
成为时间的函数
又因为目标的径向速度vr=dR(t)/dt
带入得到右式
因此
只要测得l随时间的变化率
就可以测得速度
将变化率写成增量的形式
因记录仪上两条记录线之间的
时间间隔是发射信号的重复周期T
可作为时间增量Δt
Δl是二条记录线上
二个回波记录痕迹的位置差
若两条记录线间隔为D
记录纸向下移动的速度为vg
则有D=vg⋅T
且Δl=Dtanφ
φ正好是信号痕迹切线与纵轴之间的夹角
这样就可以得到vr的表达式
也就是说
只要测出信号痕迹切线
与纵轴之间的夹角
就可以通过变换得到目标的径向速度
当目标与声纳间是等速变化时
测得的回波痕迹是一条直线
这时夹角φ很容易求得
也很容易测得径向速度vr
在记录仪上有经换算后的刻度和标尺
只要把标尺对准目标回波轨迹
的切线就可直接读出速度值
这种方法实质上仍然是在求距离的变化率
它和位变率法没有本质区别
只不过时间间隔变成了T
记录仪法简单 方便 可靠
不需要外加特殊的设备
但它的测定需花较长的时间
因为声纳仅发一次信号是不能测速的
必须要发两次以上的信号才可以进行
小结
本次课我们学习了
回波脉冲比较法和记录仪法
两种径向速度的测量方法
其原理都是通过两次测距来进行测速的
本次课就学到这里
再见
-1.1 从美人鱼看什么是声纳
--1.1.3 本节小测验
-1.2 声纳的发展简史
--1.2.3 本节小测验
-1.3 从一艘潜艇看声纳的分类
--1.3.3 本节小测验
-1.4 声纳方程
--1.4.3 本章小测验
-1.5 声纳系统的战术和技术指标
-2.1 初识声纳信号
--2.1.3 本节小测验
-2.2 主动声纳信号的描述
--2.2.3 本节小测验
-2.3 从汽笛声看多普勒频移
--2.3.3 本节小测验
-2.4 从分辨力的角度看模糊函数
--2.4.3 本节小测验
-2.5 常用主动声纳信号之CW信号分析
--2.5.3本节小测验
-2.6 常用主动声纳信号之LFM信号分析
--2.6.3 本节小测验
-3.1 振幅测向——最大值测向
--3.1.3 本节小测验
-3.2 振幅测向——振幅差值法测向
--3.2.3 本节小测验
-3.3 相位法测向
--3.3.3 本节小测验
-3.4 相位法测向的多值性问题
--3.4.3 本节小测验
-4.1 从手电筒操作看波束形成的原理
--4.1.3 本节小测验
-4.2 加权和加档
--4.2.3 本节小测验
-4.3 直线单波束的指向性
--4.3.3 本节小测验
-4.4 直线多波束的相关问题
--4.4.3 本节小测验
-4.5 波束形成器
--4.5.3 本节小测验
-5.1 测距导语
--5.1.3 本节小测验
-5.2 脉冲测距法
--5.2.3 本节小测验
-5.3 调频信号测距法
--5.3.3 本节小测验
-5.4 调频信号测距法——动目标测距
--5.4.3 本节小测验
-5.5 潜艇侧面为什么有三个阵
--5.5.3 本节小测验
-【选学内容】5.6相位测距法
-6.1 测速导语
--6.1.3 本节小测验
-6.2 矢量速度的测量
--6.2.3 本节小测验
-6.3 又见脉冲——脉冲测速法
--6.3.3 本节小测验
-6.4 目标多普勒测速法
--6.4.3 本节小测验
-6.5 本舰多普勒测速法——基本原理和发射波形
--6.5.3 本节小测验
-6.6 【选学内容】本舰多普勒测速法——误差分析
--6.6.3 本节小测验
-6.7 相关测速
--6.7.3 本节小测验
-7.1 声纳发射机
--7.1.3 本节小测验
-7.2 声纳接收机
--7.2.3 本节小测验
-7.3 设备会说谎吗?
--7.3.3 本节小测验
-7.4 相控发射
--7.4.3 本节小测验
-【选学内容】7.5 匹配滤波器的原理
-【选学内容】7.6 主动声纳信号的匹配滤波
-8.1 航空声纳浮标系统
--8.1.3 本节小测验
-8.2 航空吊放声纳系统
--8.2.3 本节小测验
-期末考试